Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью - Адам Беккер

положения? Или, вернее, почему мы все еще находимся в нем? Это хороший вопрос. Дэвид Альберт, студент, которого чуть не выставили из университета Рокфеллера за то, что он имел дерзость усомниться в копенгагенской интерпретации, – мы рассказывали о нем в главе 9 – теперь профессор философии в Колумбийском университете. Уже сорок лет он работает над проблемой основ квантовых принципов. «Вот поистине странная история, – говорит он, подводя итог развитию событий в этой области. – В одно и то же время имеют место две яростно противоречащие друг другу вещи. XX столетие превосходит любое другое количеством великолепных умов, интересующихся физикой и в ней активно работающих. Но это же самое столетие стало свидетелем самого длинного периода чисто психопатического отрицания глубокой логической проблемы в самом сердце всей физической науки!»[680]

Может, слово «психопатический» преувеличенно резкое. Но история вышла и правда ненормальная. И теперь, когда вы узнали ее целиком, когда вы узнали, как долог был этот путь, давайте взглянем на то, как странно обстоят дела сегодня.

12

Под ударами судьбы

На покрытых лесом склонах Австрийских Альп неподалеку от Вены есть виноградник, а в нем хижина с маленьким зеркальцем в окне. Этому винограднику не одна сотня лет – когда в 1920 году Отто Нейрат, один из основателей Венского кружка, встретился на соседнем пригорке с Эйнштейном и другими учеными, чтобы обсудить с ними свою идею «Международной энциклопедии объединенной науки»[681], эта винодельня уже считалась очень старой. Но зеркало в окне появилось там совсем недавно. В 2011 году его в качестве элемента сети дистанционного квантового шифрования установили там студенты Института квантовой оптики и квантовой информации Венского университета. Под руководством профессора Антона Цайлингера студенты обстреливали зеркало индивидуальными фотонами, посылая их из лаборатории на последнем этаже их учебного корпуса в центре Вены, в пяти километрах от виноградника. На крыше того же здания установили специально оборудованный телескоп, названный в честь Хеди Ламарр, венской кинозвезды и одной из пионерок криптографии, – он был наведен на зеркало в окошке винодельни и тщательно собирал отраженный им свет, который дошел до его объектива сквозь турбулентные потоки воздуха над Веной.

Этот экспериментальный трюк, который невозможно представить в отрыве от мысленных экспериментов основателей квантовой теории, был всего-навсего тестом. Зато сейчас Цайлингер и его студенты используют это оборудование для обмена фотонами со специально спроектированным низкоорбитальным спутником Земли. Они пытаются осуществить передачу квантовой шифровки между Веной и Юньнаньской астрономической обсерваторией в Китае, где физик Цзяньвэй Пань, тоже бывший студент Цайлингера, уже собрал очень похожую установку. И если только прошлый опыт как-то помогает будущему, их, вероятно, ждет успех: Цайлингер – признанный мастер эксперимента по манипуляциям с фотонами. Его группа уже продемонстрировала, что может обмениваться отдельными фотонами на расстояниях, гораздо больших, чем 10 километров от лаборатории до зеркала на винограднике и обратно. В 2012 году они успешно отправляли запутанные фотоны на расстояние в 143 километра между островами Канарского архипелага Ла Пальма и Тенерифе[682]. А еще Цайлингер посвятил несколько десятков лет постановке усовершенствованных версий экспериментов Белла в модификации Аспе – в ходе этих опытов существование квантовой нелокальности удостоверялось с громадной точностью.

И все же, несмотря на свое близкое знакомство с самыми экстравагантными аспектами квантового мира, у Цайлингера не было никаких колебаний в отношении копенгагенской интерпретации. «Квантовое состояние, по Гейзенбергу, – это математическое представление нашего знания, – говорил он. – Оно дает нам множество возможных результатов будущих измерений вместе с их вероятностями». Для Цайлингера измерение играет в квантовой физике центральную роль. «Проблемы измерения не существует, – заявляет он. – Результат измерения находится в классическом мире, а квантовое состояние относится к миру квантовому, который, согласно Гейзенбергу, существует лишь в форме математического представления <…> То, о чем можно говорить на нашем классическом языке, – объективно существующие объекты Вселенной, классические объекты. И это все. Только они и являются реальными, остальное – математика»[683]. Другими словами, есть два мира: мир реально существующих объектов повседневной жизни, подчиняющийся законам классической доквантовой физики, и квантовый «мир», не обладающий реальностью в том же смысле, в каком ею обладает мир классический, – в точности как говорил Гейзенберг. Однако Цайлингер не думает, что между этими мирами есть четкая грань, некая граница, за которой квантовая физика неприменима. «Никакой фундаментальной разделительной линии не существует, – говорит он. – Есть переход от классического к квантовому, но не граница между ними». В словах Цайлингера нет ничего неожиданного: почти никто из физиков больше не думает, что такая фундаментальная грань существует. Одно из наиболее убедительных доказательств этому нашел сам Цайлингер. Еще в 1999 году он и его сотрудники, применив множество технических ухищрений, сумели получить фуллерен – конгломерат из шестидесяти углеродных атомов, напоминающий по форме футбольный мяч, интерферирующий сам с собой, наподобие фотона в эксперименте с двойной щелью[684]. Найти квантовые эффекты в объекте, настолько большем, чем индивидуальная субатомная частица (хоть и по-прежнему примерно в миллиард раз меньшем, чем объекты нашей повседневной жизни), некоторым из отцов-основателей квантовой физики могло бы показаться чудом. Но Цайлингер, блестящий экспериментатор, твердо решил продемонстрировать всем, что законы квантовой физики неподвластны никаким ограничениям.

Но тогда возникает вопрос: если объективно существуют только классические объекты, но при этом законы квантовой физики применимы повсюду, то что значит слово «классические»? Или, в более общем смысле, как можем мы объяснить мир, который видим вокруг себя? Согласно Цайлингеру, наш повседневный мир классический – но квантовая физика тоже должна правильно описывать то, что мы видим в нем, ведь ее применимость неограниченна. Как же можем мы образовать согласованную, целостную картину реальности из этой версии копенгагенской интерпретации? Цайлингер отвечает на этот вопрос неожиданно просто. «Я не знаю, что вы под этим подразумеваете, – говорит он. – Думаю даже, что и вы не можете точно определить, что это означает»[685].

Какого черта?!

* * *

С Цайлингером согласны далеко не все физики. «Копенгагенская интерпретация предполагает существование таинственного разделения между микроскопическим миром, управляемым законами квантовой механики, и макроскопическим миром [измерительных] устройств и наблюдателей, который подчиняется классической физике, – говорит Стивен Вайнберг, лауреат Нобелевской премии по физике за 1979 год. – Это представление очевидно неудовлетворительно. Если квантовая механика применима ко всему, она должна быть применима и к устройствам для физических измерений, и к самим физикам. С другой стороны, если квантовая механика не может быть применима ко всему, мы должны знать, где провести границу ее области применимости. Применима ли она только к системам не слишком больших размеров? Применима ли она, если измерение выполнено автоматическим устройством и ни один человек не знакомится с результатом этого измерения?»[686] Герард ‘т Хоофт, лауреат Нобелевской премии по физике за 1999 год,